基于空间光调制器的光发射装置及固态激光雷达制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于空间光调制器的光发射装置及固态激光雷达，光发射装置包括依次设置的至少一个激光发射模块、第一偏振片、空间光调制器及凸面镜，激光发射模块发射的光束经过第一偏振片后照射至空间光调制器上，空间光调制器对光束调制后照射至凸面镜上，凸面镜将光束反射到0

【技术实现步骤摘要】
基于空间光调制器的光发射装置及固态激光雷达


[0001]本专利技术涉及基于空间光调制器的光发射装置及固态激光雷达。

技术介绍

[0002]激光雷达(Laser Radar，LiDAR)是一种传感器技术，其可以反射附近物体的激光束，从而创建高度精确的周围环境的三维地图。由于所选的近红外(IR)波长(905/1550nm)，激光脉冲是不可见的，对人眼是安全的。与相机不同，激光雷达在弱光和强光下工作效果良好，而且能提供比雷达或超声波更详细的数据，是大多数自动驾驶汽车传感器网络的重要组成部分。激光雷达的3D绘图能力也可用于土木工程、工业自动化等领域。
[0003]激光雷达系统可以大致分为机械系统和固态系统。在机械系统中，发射的激光束被旋转的多面多边形镜子以不同的垂直角度反射到车辆周围(360
°
视场)，每个镜面有不同的倾斜角度。但其非常昂贵且角度分辨率小，很难发现距离比较远的障碍物。
[0004]实现固态系统的主要技术方案包括MEMS技术、flash LiDAR和光学相控阵(OPA)技术。
[0005]MEMS技术是通过MEMS微反射镜的角度旋转来控制出射光的扫描动作，其与棱镜旋转式的机械扫描激光雷达非常相似，区别仅在于使用了尺寸大幅缩小的MEMS微镜来取代高速旋转的反射棱镜，以发射功率缩小为代价，大大缩减了系统的尺寸及重量，并提高了整体的可靠性。但是由于MEMS微镜的偏转角度通常小于传统的机械式反射棱镜，通常还需要添加额外的光学组件来扩展视野。
[0006]Flash LiDAR需要用一次闪光同时照亮整个视野范围，在总发射功率受到光阑尺寸以及人眼安全规范的限制无法提高的情况下，其单位角度下所对应的光功率密度远小于其他几种激光雷达，因此其量程较短，且整体的有效分辨率也会因为较低的回波信噪比而偏低，限制了其在高速运动环境下的应用。
[0007]光学相控阵(OPA)技术是近年来兴起的一种全新的扫描方式，通过光波导相位延迟器控制阵列上不同位置的发射相位来控制光束的出射方向。但是，OPA LiDAR作为一种较新颖的技术，其使用的光波导相控阵器件技术成熟度仍然较低，且受限于制造工艺，仍以一维相控阵列为主，应用灵活性受限，同时其价格的高昂以及产品线的缺乏也极大地限制了其的广泛应用。
[0008]在固态系统中，虽然没有运动部件，但视场较小(50
°‑
90
°
)。一辆汽车需要4
‑
6个单元才能“看到”周围。目前还没有一种固态激光雷达能够提供完整的360
°
视场。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种基于空间光调制器的光发射装置及固态激光雷达，至少解决上述技术问题之一。
[0010]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于空间光调制器的光发射装置，包括依次设置的至少一个激光发射模块、第一偏振片、空间光调制器及凸面镜，所述激
光发射模块发射的光束经过第一偏振片后照射至所述空间光调制器上，所述空间光调制器对光束调制后照射至所述凸面镜上，所述凸面镜将光束反射。
[0011]进一步地，所述空间光调制器和所述凸面镜之间的光路上设置有第二偏振片，所述第二偏振片和所述第一偏振片的偏振方向相同。
[0012]进一步地，所述第一偏振片和所述第二偏振片为同一个。
[0013]进一步地，所述光发射装置还包括反射结构，所述反射结构设置在所述空间光调制器和所述激光发射模块之间的光路上，和/或设置在所述空间光调制器和所述凸面镜之间的光路上，以将改变光束的方向。
[0014]进一步地，所述光束入射至所述反射结构的入射角为0
‑
90
°
，但不包括0和90
°
；所述反射结构为镜子或光学分束器。
[0015]进一步地，所述激光发射模块包括依次设置的激光器、至少一个准直透镜和光圈。
[0016]进一步地，所述光发射装置还包括傅立叶透镜和至少一个用以将光束聚焦的聚焦透镜，所述傅立叶透镜设置在所述空间光调制器和所述凸面镜之间的光路上，所述聚焦透镜设置在所述傅立叶透镜和所述凸面镜之间的光路上或者从所述凸透镜出射后的光路上。
[0017]进一步地，所述聚焦透镜为单个透镜或透镜阵列。
[0018]进一步地，所述空间光调制器为硅基液晶、液晶器件和微透镜阵列中的任一个。
[0019]本专利技术还提供一种固态激光雷达，包括：
[0020]光发射装置，用于发射光束；
[0021]接收装置，用于接收信号；
[0022]控制装置，控制和同步所述发射装置和所述接收装置；
[0023]其中，所述光发射装置为如上所述的基于空间光调制器的光发射装置。
[0024]本专利技术的有益效果在于：基于空间光调制器的光发射装置包括空间光调制器对光束调制后照射至凸面镜的不同部位，凸面镜将光束反射到0
‑
360
°
的视场内，可实现0
‑
360
°
视场角。具有该基于空间光调制器的光发射装置的固态激光雷达具有0
‑
360
°
的可编程视场，可以通过全息图计算和更新以动态调制光束和改变远场衍射图案，在移动过程中重新配置视场和角度分辨率。同时，空间光调制器在调制光束时基本不损失光强，通过全息技术将光束反射到需要的地方，节省能量且提高了固态激光雷达的效率。调制后的光束中的高强度光束可以探测遥远的物体，而低强度光束可以探测附近的物体，根据实际需要进行合理分配。
[0025]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0026]图1为本专利技术所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
[0027]图2为本专利技术所示的基于空间光调制器的光发射装置的发射光束阵列的光学模拟。
[0028]图3为本专利技术所示的基于空间光调制器的光发射装置的另一结构示意图。
[0029]图4为本专利技术实施例一所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
[0030]图5为本专利技术实施例二所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
[0031]图6为本专利技术实施例三所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
[0032]图7为本专利技术实施例四所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
[0033]图8为本专利技术实施例五所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
[0034]图9为本专利技术实施例六所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
[0035]图10为本专利技术实施例七所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
[0036]图11为本专利技术实施例八所示的基于空间光调制器的光发射装置的结构示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间光调制器的光发射装置，其特征在于，包括依次设置的至少一个激光发射模块、第一偏振片、空间光调制器及凸面镜，所述激光发射模块发射的光束经过第一偏振片后照射至所述空间光调制器上，所述空间光调制器对光束调制后照射至所述凸面镜上，所述凸面镜将光束反射。2.如权利要求1所述的基于空间光调制器的光发射装置，其特征在于，所述空间光调制器和所述凸面镜之间的光路上设置有第二偏振片，所述第二偏振片和所述第一偏振片的偏振方向相同。3.如权利要求2所述的基于空间光调制器的光发射装置，其特征在于，所述第一偏振片和所述第二偏振片为同一个。4.如权利要求1所述的基于空间光调制器的光发射装置，其特征在于，所述光发射装置还包括反射结构，所述反射结构设置在所述空间光调制器和所述激光发射模块之间的光路上，和/或设置在所述空间光调制器和所述凸面镜之间的光路上，以将改变光束的方向。5.如权利要求4所述的基于空间光调制器的光发射装置，其特征在于，所述光束入射至所述反射结构的入射角为0
‑
90
°
，但不...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昆，李雪锋，杨海宁，
申请(专利权)人：剑芯光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：